Viabilidade económica da implementação de um reactor nuclear para a produção de energia eléctrica em Portugal

O presente trabalho tem como objectivo avaliar economicamente e determinar a viabilidade da implementação de um reactor nuclear para produção de energia eléctrica. Faz-se uma abordagem a aspectos da energia nuclear no mundo e em particular a energia nuclear na união europeia, faz-se uma análise sobre a estrutura do sector nuclear em Espanha e o futuro da energia no mundo. É realizada uma análise sobre a energia nuclear em Portugal, são abordados aspectos como o planeamento energético, a localização da central nuclear, os recursos nacionais e internacionais, a inspecção e regulação nuclear e o impacto industrial. Por fim, faz-se uma análise sobre o mix energético português. Faz-se uma descrição do ciclo de combustível, isto é, um estudo a todas as fases pela qual o combustível nuclear passa desde a sua extracção, passando pela produção de energia e processamento dos resíduos. São descritos os principais componentes de uma central nuclear e o seu princípio de funcionamento. São analisados em detalhe os principais componentes de um reactor PWR (Objecto de estudo deste trabalho) e faz-se uma breve descrição de alguns modelos de reactores nucleares. É feita uma breve abordagem aos principais acidentes nucleares que ocorreram, e descrita a escala de ocorrências nucleares e as várias fases de desmantelamento de uma central. São apresentados os principais custos da central nuclear. Também é apresentado um estudo de viabilidade económica analisando três cenários diferentes e é apresentada uma análise de sensibilidade do VAL em função de algumas variáveis que têm grande influência na avaliação económica. São apresentadas as principais conclusões.

Synthesis of Sub-5 NM Co-Doped SnO2 nanoparticles and their structural microstructural, optical and photocatalytic properties

A swift chemical route to synthesize Co-doped SnO2 nanopowders is described. Pure and highly stable Sn1-xCoxO2-delta (0 <= x <= 0.15) crystalline nanoparticles were synthesized, with mean grain sizes <5 nm and the dopant element homogeneously distributed in the SnO2 matrix. The UV-visible diffuse reflectance spectra of the Sn1-xCoxO2-delta samples reveal red shifts, the optical bandgap energies decreasing with increasing Co concentration. The samples' Urbach energies were calculated and correlated with their bandgap energies. The photocatalytic activity of the Sn1-xCoxO2-delta samples was investigated for the 4-hydroxylbenzoic acid (4-HBA) degradation process. A complete photodegradation of a 10 ppm 4-HBA solution was achieved using 0.02% (w/w) of Sn0.95Co0.05O2-delta nanoparticles in 60 min of irradiation. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Influence of the Sodium/Proton replacement on the structural, morphological and photocatalytic properties of titanate nanotubes

Titanate nanotubes (TNT) with different sodium contents have been synthesised using a hydrothermal approach and a swift and highly controllable post-washing processes. The influence of the sodium/proton replacement on the structural and morphological characteristics of the prepared materials was analysed. Different optical behaviour was observed depending on the Na+/H+ samples’ content. A band gap energy of 3.27±0.03 eV was estimated for the material with higher sodium content while a value of 2.81±0.02 eV was inferred for the most protonated material, which therefore exhibits an absorption edge in the near visible region. The point of zero charge of the materials was determined and the influence of the sodium content on the adsorption of both cationic and anionic organic dyes was studied. The photocatalytic performance of the TNT samples was evaluated in the rhodamine 6G degradation process. Best photodegradation results were obtained when using the most protonated material as catalyst, although this material has shown the lowest R6G adsorption capability.

Synthesis of titanate nanostructures using amorphous precursor material and their adsorption/photocatalytic properties

This article reports on a new and swift hydrothermal chemical route to prepare titanate nanostructures (TNS) avoiding the use of crystalline TiO2 as starting material. The synthesis approach uses a commercial solution of TiCl3 as titanium source to prepare an amorphous precursor, circumventing the use of hazardous chemical compounds. The influence of the reaction temperature and dwell autoclave time on the structure and morphology of the synthesised materials was studied. Homogeneous titanate nanotubes with a high length/diameter aspect ratio were synthesised at 160 degrees C and 24 h. A band gap of 3.06 +/- 0.03 eV was determined for the TNS samples prepared in these experimental conditions. This value is red shifted by 0.14 eV compared to the band gap value usually reported for the TiO2 anatase. Moreover, such samples show better adsorption capacity and photocatalytic performance on the dye rhodamine 6G (R6G) photodegradation process than TiO2 nanoparticles. A 98% reduction of the R6G concentration was achieved after 45 min of irradiation of a 10 ppm dye aqueous solution and 1 g L-1 of TNS catalyst.

Monitoring the ex-vivo expansion of human mesenchymal stem/stromal cells in xeno-free microcarrier-based reactor systems by MIR spectroscopy

Human mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) have received considerable attention in the field of cell-based therapies due to their high differentiation potential and ability to modulate immune responses. However, since these cells can only be isolated in very low quantities, successful realization of these therapies requires MSCs ex-vivo expansion to achieve relevant cell doses. The metabolic activity is one of the parameters often monitored during MSCs cultivation by using expensive multi-analytical methods, some of them time-consuming. The present work evaluates the use of mid-infrared (MIR) spectroscopy, through rapid and economic high-throughput analyses associated to multivariate data analysis, to monitor three different MSCs cultivation runs conducted in spinner flasks, under xeno-free culture conditions, which differ in the type of microcarriers used and the culture feeding strategy applied. After evaluating diverse spectral preprocessing techniques, the optimized partial least square (PLS) regression models based on the MIR spectra to estimate the glucose, lactate and ammonia concentrations yielded high coefficients of determination (R2 ≥ 0.98, ≥0.98, and ≥0.94, respectively) and low prediction errors (RMSECV ≤ 4.7%, ≤4.4% and ≤5.7%, respectively). Besides PLS models valid for specific expansion protocols, a robust model simultaneously valid for the three processes was also built for predicting glucose, lactate and ammonia, yielding a R2 of 0.95, 0.97 and 0.86, and a RMSECV of 0.33, 0.57, and 0.09 mM, respectively. Therefore, MIR spectroscopy combined with multivariate data analysis represents a promising tool for both optimization and control of MSCs expansion processes.

The effect of ionic Co presence on the structural, optical and photocatalytic properties of modified cobalt–titanate nanotubes

With the aim of producing materials with enhanced optical and photocatalytic properties, titanate nanotubes (TNTs) modified by cobalt doping (Co-TNT) and by Na+ -> Co ion-exchange (TNT/Co) were successfully prepared by a hydrothermal method. The influence of the doping level and of the cobalt position in the TNT crystalline structure was studied. Although no perceptible influence of the cobalt ion position on the morphology of the prepared titanate nanotubes was observed, the optical behaviour of the cobalt modified samples is clearly dependent on the cobalt ions either substituting the Ti4+ ions in the TiO6 octahedra building blocks of the TNT structure (doped samples) or replacing the Na+ ions between the TiO6 interlayers (ion-exchange samples). The catalytic ability of these materials on pollutant photodegradation was investigated. First, the evaluation of hydroxyl radical formation using the terephthalic acid as a probe was performed. Afterwards, phenol, naphthol yellow S and brilliant green were used as model pollutants. Anticipating real world situations, photocatalytic experiments were performed using solutions combining these pollutants. The results show that the Co modified TNT materials (Co-TNT and TNT/Co) are good catalysts, the photocatalytic performance being dependent on the Co/Ti ratio and on the structural metal location. The Co(1%)-TNT doped sample was the best photocatalyst for all the degradation processes studied.

Caracterização da remoção de metais pesados na ETAR da Charneca (Óbidos), Águas do Oeste

Este trabalho teve como objectivos a quantificação analítica de quatro metais pesados (chumbo, níquel, crómio e cádmio) nas diferentes etapas da ETAR da Charneca (Óbidos) identificando, através dos coeficientes de partição, os principais mecanismos de remoção dos metais em cada etapa de tratamento. Foram também determinados os parâmetros mais importantes na caracterização de águas residuais (pH, CQO, ST, STV, SS e SSV). Foram realizadas duas campanhas de amostragem, uma primeira com o objectivo de aperfeiçoamento dos planos de amostragem e selecção dos métodos analíticos a adoptar e uma segunda para o cumprimento dos objectivos do trabalho. A determinação de metais pesados foi efectuada por Espectrometria de Absorção Atómica de Chama (FAAS) e Espectrometria de Absorção Atómica de Câmara de Grafite (GFAAS). Os restantes parâmetros analíticos foram determinados pelos métodos de referência (APHA, 1998). No período de amostragem, o afluente à ETAR apresentou concentrações reduzidas dos metais em estudo com valores médios de 11,78 µg/L. De entre os metais destacavam-se, no entanto, o crómio e de níquel, com concentrações respectivamente 27,83 µg/L e 17,50 µg/L. As amostras de areias, extraídas na obra de entrada, apresentaram concentrações mais significativas de chumbo e crómio, enquanto as amostras de gorduras, recolhidas no mesmo ponto, apresentaram concentrações mais elevadas de níquel e crómio. As amostras do efluente final revelaram concentrações muito reduzidas dos quatro metais estudados com a concentração média a situar-se nos 7,34 µg/L. Verificou-se uma remoção na fase líquida do efluente de cerca de 85% para o chumbo, 39% para o níquel e 34% para o crómio. No cádmio não se verificou remoção na fase líquida. Concluiu-se que a remoção dos metais é determinada por uma transferência destes para a fase sólida e que ocorre fundamentalmente no reactor biológico onde uma parte significativa dos metais pesados é absorvida pela biomassa presente. Nas lamas desidratadas, os metais encontrados em maior concentração foram o chumbo e o crómio com concentrações de respectivamente 130,64 mg/Kgmat.seca e 87,99 mg/Kg mat.seca, embora todos os metais pesados estudados apresentem uma situação de conformidade com os requisitos de lamas para valorização agrícola, estabelecidos na legislação nacional.

Estudo de digestão anaeróbia de resíduos sólidos agro-alimentares em instalação piloto

Hoje em dia são várias as energias “verdes” que beneficiam de forma inequívoca o meio ambiente, de modo a aproveitar recursos naturais disponíveis na natureza. Entre todos os tipos de energias limpas, surge a produção de biogás. É de notar que apesar de ser uma forma de energia já utilizada há muitos anos, esta pode ser melhorada através de uma gestão adequada de todos os recursos envolvidos na sua produção. Consegue-se desta forma, optimizar a produção de biogás, contribuindo para uma rentabilização do funcionamento de uma instalação. Para esta optimização é necessária uma análise e caracterização detalhada dos resíduos utilizados na geração desta energia. O presente trabalho foca-se no estudo da produção de biogás através de digestão anaeróbica. Este trabalho baseia-se num estudo real de produção de biogás, num reactor à escala semi-industrial, e com uma temperatura de trabalho em regime mesofílico (37°C). O substrato utilizado para a alimentação deste reactor foi cedido por uma conhecida indústria do ramo alimentar e consistia numa mistura de “casca” de batatas e lamas, numa proporção de 30% e 30% respectivamente. Em termos de resultados Óbidos neste projecto, verificou-se uma redução de cerca de 40% dos sólidos totais, o que indicia, aparentemente, a existência de dificuldades na hidrólise dos compostos em suspensão. A remoção orgânica na sua globalidade oscilou numa ampla gama de valores, com um valor médio de cerca 50%. A larga variedade de resultados pode estar relacionada com a heterogeneidade da amostra da alimentação. Apesar da existência de algumas dificuldades inerentes à realização do trabalho prático, concluiu-se que o substrato utilizado neste estudo revela grande potencial de produção de biogás.

Síntese e fotosensibilização de nanotubos de titanatos

Nesta tese é descrita a preparação de nanotubos de titanatos (TNT) via síntese hidrotérmica alcalina, usando uma nova metodologia que evita a utilização de TiO2 cristalino como precursor. Foi estudada a influência da substituição sódio/protão na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos materiais preparados. Os resultados mostraram que a substituição Na+ → H+ resulta numa redução na distância intercamadas dos TNTs, tendo sido medidos valores entre 1.13±0.03 nm e 0.70±0.02 nm para aquele parâmetro. O comportamento óptico dos TNTs foi estudado na região UV-vis, estimando-se um hiato óptico de energia 3.27±0.03 eV para a amostra com maior teor de sódio enquanto que para a amostra protonada foi determinado um valor de 2.81±0.02 eV. Estes valores mostram que a troca iónica Na+ → H+ teve influência no desvio da banda de absorção dos TNTs para a região do visível próximo. A actividade fotocatalítica dos TNTs na degradação do corante rodamina 6G (R6G) foi posteriormente estudada. Verificou-se que, apesar de a amostra com maior teor de sódio ter sido a que exibiu maior capacidade para adsorver o R6G, foi a amostra protonada que apresentou a actividade catalítica mais elevada na fotodegradação deste corante. Numa segunda fase, e com o objectivo de preparar novos materiais nanoestruturados fotosensíveis, procedeu-se à decoração dos TNTs protonados com semicondutores (SC) nanocristalinos usando um método novo. Para o efeito os TNTs foram decorados com nanocristalites de ZnS, CdS e Bi2S3. Foi estudada a influência do tipo de semicondutor na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos SC/TNTs obtidos. Verificou-se que, para qualquer dos semicondutores usados no processo de decoração, a estrutura dos TNTs é preservada e não ocorre segregação do SC. Verificou-se ainda que a morfologia dos nanocompósitos preparados depende fortemente da natureza do semicondutor. No que respeita ao comportamento óptico destes materiais, foram determinados hiatos ópticos de energia 3.67±0.03 eV, 2.47±0.03 eV e 1.35±0.01 eV para as amostras ZnS/TNT, CdS/TNT e Bi2S3/TNT, respectivamente. Estes resultados mostram que através do processo de decoração de TNTs com semicondutores podem ser preparados materiais nanocompósitos inovadores, com propriedades ópticas novas e/ou pré-definidas numa gama alargada do espectro electromagnético.

Estudo da lixiviação de um concentrado de zinco

Neste trabalho estudou-se a lixiviação em meio sulfúrico do zinco e outros metais de valor de um concentrado zinco, tendo-se realizado ensaios de lixiviação à pressão atmosférica e em autoclave. Nos estudos de lixiviação utilizou-se o ião férrico (sulfato férrico) como agente oxidante e avaliaram-se os efeitos de diversas variáveis como a razão sólido/líquido, concentração do ião Fe (III), temperatura, a pressão de oxigénio e a presença de enxofre elementar na eficiência da lixiviação. Os ensaios de lixiviação em autoclave sob pressão de oxigénio foram realizados para verificar o efeito da manutenção da quantidade de Fe (III) na lixívia, por oxidação do Fe(II) com oxigénio. Os resultados obtidos mostraram que à pressão atmosférica para uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar no máximo 59% de zinco e 22% de cobre com solução de 0,25 M de Fe2(SO4)3 e 0,50 M de H2SO4 em 2 horas a 60ºC e com uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar no máximo 65% de zinco e 23% de cobre com uma solução de 0,5 M de Fe2(SO4)3 e 0,25 M de H2SO4 em 2 horas a 80ºC. Efectuar a lixiviação do concentrado de zinco sobre pressão de oxigénio permitiu aumentar a cinética da reacção de lixiviação, tendo sido possível lixiviar 97% de zinco e 48% do cobre em 2 horas de lixiviação com uma solução de 0,25 M Fe2(SO4)3 e 0,5 M H2SO4 a 95 ºC e a 6 bar de pressão de oxigénio (à entrada do reactor) com uma razão sólido/líquido de 5%. Utilizando razão sólido/líquido de 10 % foi possível lixiviar 93% de zinco e 54% do cobre com uma solução de 0,50 M Fe2(SO4)3 e 1,25 M H2SO4 a 95 ºC e a 6 bar de pressão de oxigénio, e para uma razão sólido/líquido de 20 % foi possível lixiviar 84% de zinco e 39% do cobre com uma solução de 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar de pressão. As análises de difracção de Raios X efectuados aos resíduos de lixiviação revelaram que o enxofre era maioritariamente oxidado a enxofre elementar. Assim, para um dos ensaios de lixiviação em autoclave, verificou-se que a remoção com tetracloreto de carbono do enxofre elementar formado num primeiro andar de lixiviação (s/l=20%, 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar de pressão) permitia aumentar a percentagem de zinco no segundo andar de 42 para 68%. Por último, o estudo do efeito da temperatura permitiu calcular como base nas velocidades iniciais do zinco a energia de activação para a lixiviação do zinco que foi de 39 ± 1.40 kJ/mol para a lixiviação em autoclave e de 38 ± 1.40 kJ/mol para a lixiviação à pressão atmosférica, o que é indicativo do controlo reaccional.

Estudo estatístico de produção: redução do tempo de fabrico das resinas alquídicas produzidas na resiquímica

Este trabalho tem por objectivo a detecção de padrões de comportamento anormais presentes no processo de fabricação das resinas alquídicas da Resiquimíca. Para o efeito foram efectuadas cartas de controlo do tipo X,MR para cada resina, nas quais foram representados os lotes produzidos para cada resina, bem como, o tempo total de fabrico de cada lote. De forma a aumentar a sensibilização das cartas de controlo foram utilizadas as oito regras de sensibilização de modo a determinar se as cartas se encontram em controlo estatístico ou não. As discrepâncias dos tempos de produção devem-se a factores e circunstâncias de produção que justificam que grande número das curvas analisadas não esteja em controlo estatístico. Os principais factores e circunstâncias de produção identificados foram os seguintes: reactor no qual é produzida a resina, falta de cuvas para descarregar as resinas, indisponibilidade dos operários e as matérias-primas utilizadas.

Leptonic CP violation

Several topics on CP violation in the lepton sector are reviewed. A few theoretical aspects concerning neutrino masses, leptonic mixing, and CP violation will be covered, with special emphasis on seesaw models. A discussion is provided on observable effects which are manifest in the presence of CP violation, particularly, in neutrino oscillations and neutrinoless double beta decay processes, and their possible implications in collider experiments such as the LHC. The role that leptonic CP violation may have played in the generation of the baryon asymmetry of the Universe through the mechanism of leptogenesis is also discussed.

Spontaneous leptonic CP violation and nonzero theta(13)

We consider a simple extension of the Standard Model by adding two Higgs triplets and a complex scalar singlet to its particle content. In this framework, the CP symmetry is spontaneously broken at high energies by the complex vacuum expectation value of the scalar singlet. Such a breaking leads to leptonic CP violation at low energies. The model also exhibits an A(4) X Z(4) flavor symmetry which, after being spontaneously broken at a high-energy scale, yields a tribimaximal pattern in the lepton sector. We consider small perturbations around the tribimaximal vacuum alignment condition in order to generate nonzero values of theta(13), as required by the latest neutrino oscillation data. It is shown that the value of theta(13) recently measured by the Daya Bay Reactor Neutrino Experiment can be accommodated in our framework together with large Dirac-type CP violation. We also address the viability of leptogenesis in our model through the out-of-equilibrium decays of the Higgs triplets. In particular, the CP asymmetries in the triplet decays into two leptons are computed and it is shown that the effective leptogenesis and low-energy CP-violating phases are directly linked.

Bioconversion of D-glucose into D-glucosone by Glucose 2-oxidase from Coriolus versicolor at Moderate Pressures

Glucose 2-oxidase (pyranose oxidase, pyranose: oxygen-2-oxidoreductase, EC 1.1.3.10) from Coriolus versicolor catalyses the oxidation of D-glucose at carbon 2 in the presence of molecular O(2) producing D-glucosone (2-keto-glucose and D-arabino-2-hexosulose) and H(2)O(2). It was used to convert D-glucose into D-glucosone at moderate pressures (i.e. up to 150 bar) with compressed air in a modified commercial batch reactor. Several parameters affecting biocatalysis at moderate pressures were investigated as follows: pressure, [enzyme], [glucose], pH, temperature, nature of fluid and the presence of catalase. Glucose 2-oxidase was purified by immobilized metal affinity chromatography on epoxy-activated Sepharose 6B-IDA-Cu(II) column at pH 6.0. The rate of bioconversion of D-glucose increased with the pressure since an increase in the pressure with compressed air resulted in higher rates of conversion. On the other hand, the presence of catalase increased the rate of reaction which strongly suggests that H(2)O(2) acted as inhibitor for this reaction. The rate of bioconversion of D-glucose by glucose 2-oxidase in the presence of either nitrogen or supercritical CO(2) at 110 bar was very low compared with the use of compressed air at the same pressure. The optimum temperature (55 degrees C) and pH (5.0) of D-glucose bioconversion as well as kinetic parameters for this enzyme were determined under moderate pressure. The activation energy (E(a)) was 32.08 kJmol(-1) and kinetic parameters (V(max), K(m), K(cat) and K(cat)/K(m)) for this bioconversion were 8.8 Umg(-1) protein, 2.95 mM, 30.81 s(-1) and 10,444.06 s(-1)M(-1), respectively. The biomass of C. versicolor as well as the cell-free extract containing glucose 2-oxidase activity were also useful for bioconversion of D-glucose at moderate pressures. The enzyme was apparently stable at moderate pressures since such pressures did not affect significantly the enzyme activity.

Bioconversion of D-glucose into D-glucosone by immobilized glucose 2-oxidase from Coriolus versicolorat moderate pressures

The immobilized glucose 2-oxidase (pyranose oxidase, pyranose:oxygen-2-oxidoreductase, EC 1.1.3.10) from Coriolus versicolor was used to convert D-glucose into D-glucosone at moderate pressures, up to 150 bar, with compressed air in a modified commercial batch reactor. Several parameters affecting biocatalysis at moderate pressures were investigated as follows: pressure, different forms of immobilized biocatalysts, glucose concentration, pH, temperature and the presence of catalase. Glucose 2-oxidase (GOX2) was purified by immobilized metal affinity chromatography on epoxy-activated Sepharose 6B-IDA-Cu(II) column at pH 6.0. Purified enzyme and catalase were immobilized into a polyethersulfone (PES) membrane in the presence of glutaraldehyde and gelatin. Enhancement of the bioconversion of D-glucose was done by the pressure since an increase in the pressure with compressed air increases the conversion rates. The optimum temperature and pH for bioconversion of D-glucose were found to be 62 degrees C and pH 6.0, respectively and the activation energy (E(a)) was 28.01 kJ mol(-1). The apparent kinetic constants (V(max)' K(m)', K(cat)' and K(cat)/K(m)') for this bioconversion were 2.27 U mg(-1) protein, 11.15 mM, 8.33 s(-1) and 747.38 s(-1) M(-1), respectively. The immobilized biomass of C. versicolor as well as crude extract containing GOX2 activity were also useful for bioconversion of D-glucose at 65 bar with a yield of 69.9 +/- 3.8% and 91.3 +/- 1.2%, respectively. The immobilized enzyme was apparently stable for several months without any significant loss of enzyme activity. On the other hand, this immobilized enzyme was also stable at moderate pressures, since such pressures did not affect significantly the enzyme activity. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.